JPH0861187A - ホール型燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 噴射量が多い領域での噴射期間の長期化を予
防しつつ、初期噴射率を低くして着火時点までの噴射量
を可及的に少なくしてＮＯｘおよび黒煙の生成を抑制す
ることができるホール型燃料噴射ノズルを提供する。 【構成】 ホール型燃料噴射ノズルに設けた噴口を大径
の主噴口２と小径の副噴口３で構成したことにより、噴
口の総開口面積を確保して高噴射域で噴射期間が長期化
されることを予防しつつ、初期噴射率を低くしてＮＯｘ
および黒煙の生成を抑制するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンに用
いられる燃料噴射ノズルに係り、詳しくは、直接噴射式
ディーゼルエンジンから排出される窒素酸化物（以下、
ＮＯｘという）および黒煙を効果的に低減できるように
したホール型の燃料噴射ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の直接噴射式ディーゼルエンジンに
用いられるホール型の燃料噴射ノズルとしては、例えば
実開昭５７−１５８９７４号公報などに見られるように
複数の等径の噴口を設けたもの、あるいは、実開平２−
５９２６０号公報に見られるように複数個の噴口の開口
面積を当該噴口到達時点での流量係数に応じて設定した
ものがある。

【０００３】しかしながら、自動車用ディーゼルエンジ
ンのように使用する回転・負荷域が広いエンジンにおい
ては、燃料供給量の制御範囲が広い。従って、例えば低
負荷域のように燃料の供給量が少ない領域での初期噴射
率を低くしてＮＯｘの生成を抑制すべく噴口径を小さく
すると、燃料の噴射量が多い高負荷域での噴射期間が必
要以上に長くなり過ぎてしまう。また、逆に高負荷域で
の噴射期間を適正化すべく噴口径を大きくすると、低負
荷域においても初期噴射率が高くなってしまうために着
火時点までの噴射量が多くなってＮＯｘが生成され易く
なるという不具合がある。

【０００４】また、このような不具合を解消するために
は副室式ディーゼルエンジンに用いられるピントル型、
スロットル型あるいはピントークス型の燃料噴射ノズル
を用いることが考えられ、もしくは、二段開弁圧ノズル
とすることが有効である。ところが、前者の副室式ディ
ーゼルエンジン用のノズルを直噴式ディーゼルエンジン
に用いることは実質的に不可能であり、後者の二段開弁
圧ノズルは構成が複雑で高価であるという問題点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、噴射量が多い領域での噴射期
間の長期化を予防しつつ、初期噴射率を低くして着火時
点までの噴射量を可及的に少なくしてＮＯｘの生成を抑
制することができる燃料噴射ノズルを提供してディーゼ
ルエンジンから排出されるＮＯｘを低減することを課題
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、ホール型燃料噴射ノズルの噴口を大径の主
噴口と小径の副噴口で構成するとともに、燃焼室の中央
部に向って開口する補助噴口をノズルの先端中央部に設
けている。そして、前記補助噴口を前記副噴口より小径
にしたことを特徴としている。

【０００７】また本発明は、口径の異なる複数個の噴口
をノズルの先端に設けるとともに、大径の噴口の長さを
小径の噴口の長さより小さくしたことを特徴としてい
る。

【０００８】

【作用】燃料噴射ポンプから吐出された燃料の圧力が上
昇すると、燃料噴射ノズルに設けたニードルがリフトさ
れて噴口から燃料が噴射される。また、噴口の流路抵抗
は該噴口の口径が小さくなるにつれて大きくなるため
に、燃料噴射ポンプの送油率が低い領域では流路抵抗が
大きい副噴口および補助噴口からの噴射量は少なくな
る。従って、低負荷域での運転のように送油率が低いと
きは初期噴射率が抑えられるために、静粛な燃焼が行な
われて燃焼音が低減されるとともに、ＮＯｘの生成が抑
制される。

【０００９】一方、高負荷域での運転のように噴射量が
増大した場合は、燃料噴射ポンプの送油率が高くなり、
これにともなって燃料の圧力も上昇する。従って、この
場合は流路抵抗が大きな副噴口および補助噴口からもあ
る程度の量の燃料が噴射されることになり、噴口の有効
開口面積および有効数が増大する。このために、噴射さ
れた燃料と空気との混合性が改善されて黒煙の発生が抑
制される。

【００１０】また、燃料を放射方向に噴射する一般的な
ホール型燃料噴射ノズルでは、燃焼室中心付近の空気が
有効に活用できていない。ところが、本発明においては
補助噴口を副噴口より小径にして燃焼室の中央部に向っ
て（垂直方向に）燃料を噴射させるようにしているため
に、従来は必ずしも有効利用されていなかった中心部分
の空気を積極的に有効利用することができ、燃焼効率が
改善される。

【００１１】なお、燃焼室の底面中央部にはセンターコ
ーンを設けているために、燃焼室が部分的に浅くなって
いる。しかしながら、燃焼室の中央部に向って開口する
補助噴口を副噴口よりも小径にしているために、補助噴
口から噴射された燃料噴霧の貫徹力がきわめて小さなも
のとなり、燃焼室の底面に燃料噴霧が付着することによ
る不具合が回避される。

【００１２】一方、ノズルに設けた口径の異なる複数の
噴口のうち、大径の噴口の外端部に例えばザグリ加工を
施して該噴口の長さを小径の噴口の長さより小さくした
場合は、この大径の噴口から噴射される燃料噴霧の拡散
性が高くなって空気導入が改善されるために、黒煙発生
の抑制効果がより高くなる。

【００１３】すなわち、大径の噴口から噴射された燃料
噴霧の貫徹力は小径の噴口から噴射された燃料噴霧の貫
徹力よりも大きい。ところが、噴口の長さを短くする
と、これにともなって該噴口から噴射された燃料噴霧の
拡散性が大きくなって貫徹力が小さくなる。従って、大
径の噴口の長さを小径の噴口の長さよりも小さくした場
合は、燃料噴霧の空気導入を改善して燃焼効率を高くし
つつ、両噴口から噴射される燃料噴霧の貫徹力をほぼ等
しくできるために、ノズルから燃焼室の壁面までの最適
距離を容易に選定できる利点がある。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて詳細に
説明する。図１は本発明に係るホール型燃料噴射ノズル
の第１実施例を示す正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図
であり、放射方向に向って開口する６個の噴口をノズル
１の先端に設けている。噴口は大径の主噴口２と小径の
副噴口３の組合せで構成されており、３個の主噴口２と
３個の副噴口３をほぼ同一の円周上に交互に等間隔で配
設することにより、ノズル１を中心として図示しない燃
焼室の周壁に向って各噴口２、３からそれぞれ燃料が放
射状に噴射されるようにしている。

【００１５】また、副噴口３の開口面積を主噴口２の開
口面積の３５％〜６５％とするとともに、図示しない燃
焼室の中央部に向って開口する補助噴口４をノズル１の
先端中央部に設けることにより、噴射量が少ない領域で
は主として主噴口２から燃料が噴射され、噴射量が多い
領域では主噴口２に加えて副噴口３および補助噴口４か
らもかなりの量の燃料が噴射されるようにしているが、
補助噴口４の開口面積を副噴口３の開口面積の５０％〜
８０％に設定することにより、燃焼室中心の空気が有効
利用できるだけの噴射量および貫徹力の燃料噴霧を補助
噴口４で得るようにしている。

【００１６】なお、ノズル１の内部には図示しないニー
ドルなどを設けており、図示しない燃料噴射ポンプから
供給された燃料の圧力が上昇すると、この燃料の圧力で
ニードルがリフトされて噴口２、３、４を経て燃料が噴
射されるようにしていることは従来のホール型燃料噴射
ノズルの場合と同様である。

【００１７】以上のような構成になる燃料噴射ノズルに
おいて、図示しない燃料噴射ポンプから吐出された燃料
の圧力が上昇すると、ノズル１に設けられているニード
ル（図示省略）がリフトされて噴口２、３、４から燃料
が噴射される。また、このときにおける噴射量は、各噴
口２、３、４の流路抵抗および噴口２、３、４の開口位
置による流量係数に依存して変化する。

【００１８】従って、燃料噴射ポンプの送油率が低い領
域では流路抵抗が大きい小径の副噴口３および補助噴口
４からの噴射量が少なくなり、流路抵抗が小さい大径の
主噴口２から主として燃料が噴射される。このために、
低負荷域での運転のように噴射量が少ないときは噴口の
有効数（全体としての噴口の有効開口面積）が少なくな
るために初期噴射率が低くなり、静粛な燃焼が行なわれ
て燃焼音が低減されるとともに、ＮＯｘの生成が抑制さ
れる。

【００１９】一方、高負荷域での運転時のように噴射量
が増大した場合は、燃料噴射ポンプの送油率が高くな
り、これにともなって燃料の圧力も上昇する。従って、
このような場合は流路抵抗が大きな小径の副噴口３およ
び補助噴口４からもかなりの量の燃料が噴射されること
になり、噴口の有効数および有効開口面積が増加する。
このために、初期噴射率を低くできるにも拘らず噴射期
間が必要以上に長くなることがなく、噴射された燃料と
空気との混合性が改善されて黒煙の発生が抑制される。

【００２０】また、副噴口３の開口面積を主噴口２の開
口面積の３５％〜６５％に設定するとともに、補助噴口
４の開口面積を副噴口３の開口面積の５０％〜８０％に
しているために、これらの両噴口２、３、４からの噴射
量がそれぞれ異なることになり、しかも、高負荷域にお
いては補助噴口４からもある程度の量の燃料を噴射して
燃焼室の中央部の空気をも積極的に有効利用するように
しているために、燃焼室内における空気の利用率が高く
なって燃焼効率がより改善される。

【００２１】図３は噴口の総開口面積および噴射タイミ
ングを一定にして主噴口２の開口面積に対する副噴口３
の開口面積の割合を変化させた場合におけるＮＯｘおよ
び黒煙の排出特性を示している。この図３からも分かる
ように副噴口３の開口面積を主噴口２の開口面積の３５
％より小さくした場合は、主噴口３の開口面積が相対的
に増大して低負荷域における初期噴射率が高くなるとと
もに燃料噴霧の微粒化性能が低下するために、ＮＯｘお
よび黒煙の生成量が増大する。

【００２２】一方、副噴口３の開口面積を主噴口２の開
口面積の６５％より大きくした場合は、黒煙の発生を抑
制する点では好ましい。しかしながら、この場合は低負
荷域における副噴口３からの噴射量が増加して初期噴射
率が高くなるために、ＮＯｘの生成が多くなってしま
う。従って、エンジンの要求性能によっても相違する
が、副噴口３の開口面積を主噴口２の開口面積の３５％
〜６５％に設定することで黒煙およびＮＯｘの生成をと
もに効果的に抑制することができる。

【００２３】さらに、実施例のように大径の主噴口２と
小径の副噴口３を交互に配設して全体として偶数個の噴
口を設けた場合は、隣り合う噴口から噴射された燃料噴
霧の貫徹力および拡散性が異なるために、隣接して生成
される燃料噴霧が相互に重なりあうことが少なく、空気
の利用率が高くなって燃焼効率が改善される。なお、上
記構成を二段開弁圧ノズルの噴口に適用した場合は、Ｎ
Ｏｘの低減効果がより改善される。

【００２４】図４は本発明に係るホール型燃料噴射ノズ
ルの第２実施例を示す正面図、図５は図４のＢ−Ｂ断面
図であり、本実施例においては、３個の主噴口２と３個
の副噴口３をノズル１の先端部のほぼ同一円周上に交互
に配設することにより、各噴口２、３をそれぞれ放射方
向に向って開口させている。そして、前記第１実施例の
場合と同様に副噴口３の開口面積を主噴口２の開口面積
の３５％〜６５％にすることにより、低負荷域において
は副噴口３からの燃料の噴射をある程度抑制できるよう
にしている。

【００２５】また本実施例においては、主噴口２の外端
部にザグリ加工５を施すことにより、主噴口２の有効長
さを副噴口３の長さよりも小さくして主噴口２による燃
料噴霧と副噴口３による燃料噴霧の貫徹力をほぼ同一に
している。

【００２６】すなわち、大径の噴口（主噴口２）から噴
射される燃料噴霧の貫徹力は小径の噴口（副噴口３）か
ら噴射された燃料噴霧の貫徹力よりも大きい。従って、
噴口２、３の口径を単純に異ならせたのみでは主噴口２
による燃料噴霧の到達距離に対して副噴口３による燃料
噴霧の到達距離が小さくなってしまうために、主噴口２
による燃料噴霧の貫徹力を前提としてノズル１から燃焼
室の壁面までの距離を設定すると、副噴口３による燃料
噴霧の貫徹力が小さくなり過ぎるので空気利用率が低下
する。

【００２７】ところが、噴口の長さを短縮した場合は燃
料噴霧の拡散性が大きくなって空気の導入が改善されて
黒煙の発生を低減できるとともに燃料噴霧の貫徹力が小
さくなる。このために、本実施例のように口径の大きな
主噴口２の長さを口径が小さい副噴口３の長さよりも小
さくした場合は、両噴口２、３から噴射される燃料噴霧
の貫徹力をほぼ等しくしてノズル１から燃焼室の壁面ま
での最適距離を容易に設定することができるとともに、
排気中に含まれるＮＯｘおよび黒煙をより効果的に低減
することができる。

【００２８】なお、本実施例においては主噴口２の外端
部に段付状のザグリ加工５を施して噴口長さを短くして
いるが、円錐状のザグリ加工を施し、あるいは、主噴口
２を形成する部分においてノズル１の肉厚を小さくして
噴口長を短縮することもできる。

【００２９】図６は本発明に係るホール型燃料噴射ノズ
ルの第３実施例を示す正面図であり、本実施例において
は２個の主噴口２を等配形成するとともに、両主噴口２
の間にそれぞれ２個づつの副噴口３を配設している。す
なわち、主噴口２および副噴口３を必ずしも等配形成す
る必要性はなく、燃料の噴射特性に応じて主噴口２およ
び副噴口３の数、口径および形成位置を設定すればよ
い。

【００３０】また、図７は本発明に係るホール型燃料噴
射ノズルの第４実施例を示す正面図、図８は図７のＣ−
Ｃ断面図である。本実施例においては、図示しない燃焼
室の中央部に向って開口する補助噴口４をノズル１の先
端中央部に設けている。そして、この補助噴口４の開口
面積を副噴口３の開口面積よりも小さくすることによ
り、高負荷域において補助噴口４から燃焼室の中央部に
存在する量に見合った量の燃料を噴射供給するようにし
ている。

【００３１】従って本実施例による場合は、多量の燃焼
空気を必要とする高負荷域においては補助噴口４からも
ある程度の量の燃料が噴射されて燃焼室の中央部の空気
を積極的に利用するとともに、噴射量が増加するにつれ
て噴口の有効開口面積が大きくなって噴射期間が長期化
されることを予防するために、初期噴射率の増加をとも
なうことなく噴射期間を短縮してディーゼルエンジンか
ら排出されるＮＯｘおよび黒煙を充分に少なくして燃焼
効率をより改善することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
係るホール型燃料噴射ノズルによれば、噴射期間が長期
化されることを予防しつつ初期噴射率を低くすることが
できるために、ディーゼルエンジンから排出されるＮＯ
ｘおよび黒煙を少なくできるとともに、燃焼効率を改善
することができる。また、例えば二段開弁圧ノズルに比
較してノズルの構成を簡略化できるために、燃料噴射ノ
ズルを安価に提供することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料噴射ノズルの第１実施例を示
す正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】主噴口と副噴口の開口面積比によるＮＯｘおよ
び黒煙の排出特性を示す図である。

【図４】本発明に係る燃料噴射ノズルの第２実施例を示
す正面図である。

【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】本発明に係る燃料噴射ノズルの第３実施例を示
す正面図である。

【図７】本発明に係る燃料噴射ノズルの第４実施例を示
す正面図である。

【図８】図７のＣ−Ｃ断面図である。

【符号の説明】

１ ノズル ２ 主噴口 ３ 副噴口 ４ 補助噴口 ５ ザグリ加工

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射方向に向って開口する複数個の噴口
   を備えたホール型燃料噴射ノズルにおいて、前記噴口を
   大径の主噴口と小径の副噴口で構成し、燃焼室の中央部
   に向って開口する補助噴口をノズルの先端中央部に設け
   るとともに、該補助噴口を前記副噴口より小径にしたこ
   とを特徴とするホール型燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】 口径の異なる複数個の噴口をノズルの先
   端に設けるとともに、大径の噴口の長さを小径の噴口の
   長さより小さくしたことを特徴とするホール型燃料噴射
   ノズル。